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solidworkssimulation
基于Simulation的传动轴静态分析
2009年12月29日 e-works
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前言:
轴是组成机器的主要零件之一,一切作回转动运的传动零件(例如齿轮,蜗轮等),都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。
因此轴的主要功能是支承回转零件及传递运动和动力,传动轴是三类轴零件中的一种,它只承受扭矩而不承受弯矩(或弯矩很小)。
传动轴在初步设计后,必须要经过复杂的的数学验证,这样的计算在对于轴的材料选择有好几种时显得更是繁琐。
如今利用Solidworks中的Simulation有限元分析软件对其首先进行静力学分析,在传动轴满足应力分析后再对其进行疲劳寿命分析。
这里只对传动轴进行静应力分析。
分析前数据准备
1.已知电动机功率P=10KW,转速
,分析的传动轴为第减速器上的第三根轴。
若取每级齿轮传动的效率
,则
于是
安装在传动轴上齿轮受力计算
当计算这些数据后,可根据这些数据初步设计出轴的基本尺寸,传动轴如下图1所示:
图1.传动轴
传动轴静力分析
1.首先建立一个静态算例,对实体添加材料属性,添加材料为45号钢。
其力学性能如下图所示:
2.正确使用夹具约束传动轴,分析中给传动轴添加轴承支撑并添加高级夹具,使其轴向不平移。
根据前面计算得出的力,结合实际情况给传动轴施加载荷。
其结果如下图所示:
划分好网格后,运行静态算例,得出如下图结果。
如图所示,在加载应力后传动轴的最大应力为86MPa,应力值低于材料的屈服强度105MPa.其最大位移为0.09mm,满足实际要求。
小结:
经过分析,在实际应力加载下,传动轴完全满足应力强度,传动轴的静态分析为后续轴的疲劳分析提供必要的准备,下一篇将详细分析传动轴在满足静态分析的条件下的疲劳分析。
基于Simulation的传动轴疲劳分析
2009年12月29日 e-works
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利用当前主流有限元分析软件Simulation对传动轴进行疲劳分析,打破了传统的手工计算,其意义是重大的。
在材料实际测试中,将疲劳失效所需的应力水平与循环次数对应起来,绘制成一条曲线,我们称之为S-N(应力-寿命)曲线。
这次分析我们采用的材料是1050,跟上篇静态分析中的材料一样,设定好材料疲劳曲线,S-N曲线如下图所示。
应力-寿命曲线
首先在静态分析的基础上建立一个疲劳算例,并添加事件,负载类形选择基于零LR=0。
具体设定如下图所示
此时,点击算例运行分析得出疲劳数据。
一组为破坏数据,其值大于1说明材料已经疲劳,另一组为寿命数据,反应在目前载荷下,各部位能承受循还应力的最大次数。
两组数据如下图所示
损坏数据
生命总数
出现这种情况,我们分析得了,在当前载荷下,传动轴是不安全的,易出现疲劳失效,我们应当改进材料,使其符合生产要求,使用45号钢代替1050进行分析。
45号钢S-N曲线如下
S-N曲线显示,当周期为1e6时,交替应力为102MPa,由于静态下得到的应力值为86MPa,所以理论上45号钢材质的传动轴的寿命是无限的。
运行分析新的疲劳算例,得出的结果如下图所示,传动轴每个部位的生命总数都为最大值,破坏数值恒小于1。
结果完全满足要求。
小结:
经过上面的分析,我们发现,此传动轴用45号钢的材质是完全够用的,可以进一步分析力学性能在45号钢以下的材料,使传动轴的制造成本更低。
基于Simulation的螺栓分析与选择
2009年12月30日 e-works
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分析模型的建立
本文中我们为了使文章更具有说服力,具有生动性,在分析的模型上我们选择了Solidworks软件自带的一个装配体文件,它是一个篮球框。
之所以选择这个模型,是因为他更贴近于我们的生活,更能说明我们要讲的问题。
模型图片如下图所示
初始设计分析
篮球是一项经典的体育运动,球员在打球当中会有扣篮的现象,篮框所受的力主要来自运动员的体重。
当然,篮框通常是通过四个螺栓螺母连接在固定板上,螺栓的安全性是必须考虑的。
假如运动员平均体重120KG,篮框受力F=1200N,初步设计螺栓为M10,安全系数为2。
预紧力F=8000N,分析的螺栓材料选用Q235。
分析算例中,螺栓接头定义如下图所示
通过正确的输入,我们可以从分析结果得到较为准确的信息。
将篮框所受的力正确加载到篮框后,划分网格,运行分析。
如下图所示。
通过上图分析我们发现,四个螺栓部位均显示为红色,这说明,在这样的载荷下,螺栓连接部位是不安全的,不能通过设计验收的.这时,我们需要对设计进行适当的更改.
优化后的分析
在前面的分析中,M10的螺栓是不能满足设计要求,根据机械设计手册与前面的分析结果,我们将篮框上的螺栓孔径增加,以适合安装M16的螺栓,并同时更改分析算例中螺栓接头中的参数,如下图所示
在对各参数进行相应的修改后,运行分析,得出如下结果的图。
上述两图中,第一张是螺栓检察图解,它显示是结果是安全的,是符合设计要求的。
第二张图反应了各个螺栓的受力情况,结果显示,轴心力与预紧力相接近。
这样,利用Simulation方便的对螺栓进行分析选择就介绍到这里。
小结:
利用有限元分析软件来对螺栓进行分析并优化,是一种偿试但这也慢慢的会成为一种趋势,将设计人员从复杂的计算中解脱出来,并能够更合理的选择螺栓,可以进一步提高工作效率。
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